СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОШАБЛОННЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 2008 года по МПК H01L21/304 

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к фотошаблонным заготовкам, которые до настоящего времени являются основным инструментом переноса рисунка микроизображения интегральной схемы на полупроводниковую пластину.

Известен способ получения фотошаблонных заготовок (Электронная промышленность, 1980 г., №8-9, стр.100-102), включающий механическую обработку стеклянных пластин полировальными порошками на основе двуокиси церия с использованием полировальных полотен на основе нетканых материалов, обработку в водных растворах химических реагентов, обработку в нейтральной водной среде с последующим обезвоживанием и сушкой, нанесение маскирующего слоя и резиста.

Недостатком этого способа является низкий выход годных фотошаблонных заготовок для БИС и СБИС.

Другим недостатком является низкая механическая прочность рабочего слоя, что приводит к сваливаемости или механическим разрушениям материала рабочего слоя. Это приводит к появлению дефектов в виде «натиров», «растравов», светящихся точек и др.

Наиболее близким к предлагаемому является способ (RU 2260873), включающий механическую обработку стеклянных пластин с использованием полировальных порошков на основе двуокиси церия и полировальных полотен на основе нетканых материалов, обработку в водных растворах органических кислот, обработку в нейтральной водной среде с последующим обезвоживанием и сушкой, нанесение маскирующего слоя и резиста.

Недостатком этого способа является низкий выход годных фотошаблонных заготовок для БИС и СБИС, в которых практически не допускаются дефекты, расположенные на стеклянной поверхности, в маскирующем слое и слое резиста размером 1 мкм, а в некоторых случаях и менее. Использование полировального полотна на основе однослойного нетканого материала, выполненного из смеси полиэфирных волокон (ТУ 17-21-40-1-90), не позволяет провести чистовую доводку поверхности стекла до требований технологии БИС и СБИС.

Другим недостатком является низкая стойкость рабочего слоя полировальника ввиду эффекта «сваливаемости» волокон, что приводит к появлению новых дефектов в виде «натиров» и локальных растравов поверхности стекла, светящихся точек.

Следует отметить также недостаток полировальных полотен, заключающийся в наличии в них различных химических компонентов, применяемых при выработке как волокон, так и самого нетканого материала (аппретирующие составы, связующие, наполнители и др.). В процессе полирования эти компоненты могут экстрагироваться моющими и полирующими составами и дополнительно загрязнять технологическую линию, внося загрязнения, являющиеся причиной таких дефектов, как «затеки», «точки» и др.

Предлагается способ, лишенный перечисленных выше недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно между рабочим и приклеечными слоями полировального полотна формируют внутренний усиливающий слой при следующем соотношении толщин: приклеечный слой - усиливающий слой - рабочий слой 2,0-2,5:1:1,5-2,0.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Высокие требования к стеклянной подложке в технологии БИС и СБИС могут быть реализованы в две стадии полирования: предварительной и финишной. Первая обеспечивает удаление основного нарушенного слоя стеклянной поверхности. Это может быть обеспечено обработкой с использованием обычных полировальных полотен из нетканых материалов (например, политана ТУ-17-21-40-1-90) толщиной 2,5-3 мм.

Финишная обработка предполагает окончательную доводку стеклянной поверхности до требований технологии БИС и СБИС, т.е. удаление дефектов микронных и субмикронных размеров. К таким дефектам, в первую очередь, относится остаточный «фон» полирования, обусловленный грубой структурой полировальника на предварительной стадии полирования. Избежать этого на предварительном полировании не удается, т.к. совместить операции доводки и интенсивного съема не представляется возможным. Применение же финишных материалов на предварительной стадии полирования также не приводит к желаемому результату из-за существенного увеличения времени обработки, что приводит к появлению новых дефектов в виде «натиров», «растравов», ухудшению неплоскостности.

Чтобы избежать появления этих дефектов и удалить остаточный «фон» предварительного полирования, операцию финишного полирования проводят на полировальных полотнах более тонкой структуры, например «замше» технического назначения (ТУ 17-21-3/0-85) толщиной 1,5÷2,0 мм, при повышенных давлениях, чтобы обеспечить доводку поверхности стеклянной пластины в кратчайшие сроки до момента появления новых дефектов. Однако большинство таких материалов не выдерживают условий финишного полирования и быстро выходят из строя вследствие быстрого нарушения рабочего слоя, причем полиуретановый слой разрушается механически, на нем появляются белые пятна стертости, которые в дальнейшем приводят к появлению на стеклянной поверхности дефектов в виде «натиров» и появлению «фона», а в случае нетканого материала при полировании в одну стадию верхний слой «сваливается», появляются «катышки», которые также травмируют поверхность стекла.

Наличие промежуточного усиливающего слоя позволяет избежать этих недостатков. Толщина полирующего слоя должна быть минимальной и прочной. Она составляет 1,5-2,0 усиливающего слоя, более тонкий слой быстро изнашивается и плохо удерживает полирующую суспензию, более толстые слои ведут себя как обычный нетканый материал, труднее насыщаются суспензией и эффект полирования снижается, появляются «завалы» по краям пластины, дефекты в виде «натиров», ухудшается неплоскостность. Приклеечный слой обеспечивает сцепление полировального полотна с полировальным диском и составляет 2÷2,5 толщины усиливающего слоя; более тонкие слои приводят к проникновению приклеечной смолы в усиливающий слой и даже полирующий и нарушают процесс обработки, а более толстые приводят к недостаточной пропитке и не обеспечивают сцепление с усиливающим слоем. Разрывные усилия распределяются неравномерно и роль усиливающего слоя сводится на нет.

Пример

Листовое натрийкальциевое стекло размером 1200×600 мм, толщиной 3-0,5 мм подвергали раскрою на специальном столе на заготовки размером 127×127 мм, при этом режущие ролики закрепляли на специальных штангах, предназначенных для горизонтального и вертикального реза. Ролики фиксировали на определенном расстоянии друг от друга таким образом, что весь лист раскраивали поочередно в двух направлениях. Далее проводили операцию шлифования кромок и торцов стеклянных пластин на специальных кругах со связанным алмазным абразивом таким образом, чтобы все торцевые поверхности и фаски были заматованы. Затем для удаления крошки проводили отмывку стеклянных пластин в специальных кассетах групповым методом в 3-ступенчатой линии в деионизованной воде с добавлением поверхностно-активного вещества при воздействии ультразвука в течение 4-х минут и последовательно выдерживали в двух ваннах с проточной водой в течение 4-х минут.

После этого проводили операции предварительного и финишного полирования на станках одновременной двусторонней полировки. В качестве полировального порошка применяли порошок на основе двуокиси церия «Фторопол» (ТУ 334-97) с содержанием рабочей фракции 0,6-6,0 мкм 85%. Средний размер основной фракции порошка составлял 3 мкм (по0 прибору «Седиграф-600», США). В качестве полировального полотна использовали нетканый материал. На стадии финишного полирования использовали полировальное полотно толщиной 2,5 мм, состоящее из рабочего слоя толщиной 0,85 мм, усиливающего - толщиной 0,5 мм и приклеечного слоя - толщиной 1,15 мм. Из полировального порошка предварительно готовили водную суспензию плотностью 1,2 г/см³ и фильтровали ее через специальные сита или капроновую сетку. Полировальное полотно приклеивали специальным водоотталкивающим составом. Обработку стеклянных пластин проводили групповым методом в кассетах из нержавеющей стали с пластмассовыми вкладышами для исключения травмирования стекла. Полирующую суспензию подавали непрерывно через отверстие в верхнем полировальнике.

Предварительную полировку проводили в течение 40 мин, финишную - 10 мин. Основным критерием процесса полирования является величина «съема» стекла, которая подбирается опытным путем и в принципе должна быть равна величине нарушенного слоя стекла. После финишного полирования пластины обрабатывали в 3-ступенчатой линии отмывки последовательно в ванне с деионизованной водой с добавкой поверхностно-активных веществ при воздействии ультразвука в течение 5 мин и двух ваннах с умягченной водой, снабженных душевой установкой.

Далее пластины подвергали обработке на предварительной линии отмывки в 10-ти ваннах по 5 мин. В первой ванне проводили обработку стеклянных пластин в 0,7% растворе лимонной кислоты в деионизованной воде при воздействии ультразвука, во второй ванне - в проточной деионизованной воде при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц, в третьей ванне - в 0,7% растворе молочной кислоты в деионизованной воде при воздействии ультразвука, в четвертой - в проточной деионизованной воде при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц, в пятой - в 0,7% растворе уксусной кислоты в деионизованной воде при воздействии ультразвука, в шестой - в проточной деионизованной воде при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц. Затем проводили операцию обезвоживания и сушки стеклянных пластин в пяти последовательно расположенных ваннах с изопропиловым спиртом по 5 мин, причем в четвертой ванне при воздействии ультразвука, а в пятой - в парах постоянно кипящего изопропилового спирта.

После операции предварительной отмывки стеклянных пластин проводили контроль на наличие дефектов стекла. Контроль проводили на темном фоне при освещенности 50-60 тыс. люкс. Результаты контроля - 200 образцов: годных 176 шт., брак 24 шт, в т.ч. царапины 7 шт. (3,5%), ласины 13 шт. (6,5%), фон - 4 шт. (2%), годные для СБИС 96 шт. (48%).

После предварительной отмывки пластины перед операцией нанесения маскирующего слоя подвергали финишной отмывке в пяти последовательно расположенных ваннах, в каждой из которых выдержка составляла 5 мин. В первой ванне обработку проводили в 0,7% растворе уксусной кислоты в деионизованной воде, ванна снабжена ультразвуком. Во вторую ванну заливали деионизованную воду, устанавливали проток и включали ультразвук (рабочая частота 50-54 кГц). Из трех ванн с изопропиловым спиртом одну оснащали ультразвуком (2-ю) и третью поддерживали в режиме постоянного кипения изопропилового спирта. Очищенные таким образом пластины уже не контролировали во избежание возможных загрязнений и передавали в чистом герметичном боксе на операцию нанесения маскирующего слоя хрома.

Загрузку стеклянных пластин производили в специальном обеспыленном боксе, помещая их предварительно на подложкодержатель в количестве 27 шт, одна из которых являлась контрольной. Затем осторожно переносили подложкодержатель в вакуумную камеру напылительной установки, Навеску хрома, предназначенную для напыления, предварительно очищали переплавкой в вольфрамовой лодочке при температуре 2000-2100°С в атмосфере аргона при остаточном давлении 400 мм рт.ст. В испаритель из молибдена помещали очищенный образец хрома, а сам испаритель устанавливали в вакуумной камере. Стенки камеры изолировали алюминиевой фольгой для облегчения последующей очистки камеры. Перед напылением проводили вакуумирование камеры до остаточного давления 1·10^-6 мм рт.ст., нагревали стенки камеры до 80°С и выдерживали в таких условиях 30 мин. Затем стенки камеры охлаждали до комнатной температуры, устанавливали равномерный ток азота с таким расчетом, чтобы давление в камере поддерживалось на уровне 1·10^-4 мм рт.ст., включали нагревание испарителя и вращение подложкодержателя и равномерно повышали температуру испарителя до 1800°С в течение трех минут, после чего повышение температуры приостанавливали на 30 сек и повышали далее температуру источника до 1900°С с таким расчетом, чтобы скорость конденсации хрома на стеклянные пластины была постоянной, примерно 150 Å/мин. Процесс продолжали до достижения оптической плотности 2,8 отн. ед. Контроль скорости конденсации хрома и увеличение оптической плотности пленки хрома на пластинах осуществляли по специальным приборам и датчикам, вмонтированным в систему. После этого, не отключая нагреватель, постепенно снижали температуру источника в течение трех минут и отключали нагреватель окончательно, выдерживали установку еще в течение 15 мин, проводили разгерметизацию вакуумной камеры и переносили подложкодержатель с пластинами в чистый бокс, в котором перегружали маскированные пластины в межоперационную тару и передавали на операцию контроля и отмывки маскирующего слоя. Из проконтролированных пластин получили 150 шт. (85,2%) годных и 26 пластин было забраковано: 16 шт. - проколы и 10 шт. - грязь под слоем.

Отмывку маскирующего слоя хрома проводили на линии отмывки, состоящей из пяти ванн, выдерживая в каждой из них по 4 мин. Первая ванна содержала 0,7% раствор уксусной кислоты в деионизованной воде, ванна снабжена ультразвуком. Вторая ванна заполнялась деионизованной водой и устанавливали проток с расходом 120 л/час, ванна также снабжена ультразвуком. Третью ванну заполняли изопропиловым спиртом, четвертую - также изопропиловым спиртом, дополнительно снабжали ее ультразвуком и пятую ванну также заполняли изопропиловым спиртом, но поддерживали ее в состоянии постоянного кипения.

Далее пластины передавали на операцию нанесения фоторезиста. Нанесение резиста осуществляли методом центрифугирования через дозатор, просматривая предварительно пластины с маскирующим слоем под неактиничным (красным) освещением и отбраковывали пластины с видимыми дефектами. Контроль осуществляли и после нанесения резиста, отбраковывая образцы с «кометами», светящимися точками, неоднородностью слоя резиста, т.е. с дефектами, характерными для процесса нанесения. При контроле 150 пластин получено годных 119 штук (79,3%), забраковано 31 шт., в т.ч. 4 шт. - кометы, 8 шт. - светящиеся точки, неоднородность - 19 шт. (10%). После этого пластины выдерживали в термостате с ламинарным потоком воздуха или азота при 90°С в течение 40 мин. Затем пластины охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в специальную светонепроницаемую ударопрочную тару.

Другие примеры в сравнении с прототипом приведены в таблице.

№№ п/пТолщина рабочего слоя, ммТолщина усил. слоя, ммТолщина прикл. слоя, ммВиды брака на операции полированияВыход годных на операции полированияВыход годных на операции нанесенияОбщий выход годныхЦарапиныЛасиныФонОбщийДля СБИСХромаФоторезистаФШЗ, %Для СБИС, %шт.%шт.%шт.%шт.%шт.%шт.%шт.%10,850,51,1573,5136,542,017688,09648,015085,211979,359,532,421,00,51,2573,5105,0126,017185,59346,514884,111576,755,230,030,750,51,094,5115,5105,017085,09145,514582,411576,553,728,841,250,50,7584,0126,0126,016884,08542,513073,811073,345,423,050,60,51,5157,5105,0201015577,58040,012068,211274,739,520,4ПрототипHe -
контр.
2,5÷3,5не контр.-8,3-3,7-6,5-82,5Не конт------Не конт

Из таблицы видно, что трехслойное полировальное полотно со средним усиливающим слоем позволяет улучшить показатели качества не только на стадии механической обработки, но и получить стабильные результаты относительно пластин с маскирующим слоем и слоем резиста для шаблонов сложных схем - БИС и СБИС. При общем выходе ФШЗ 59,5%, выход годных для БИС и СБИС составляет 32,4%.

Изобретение относится к электронной промышленности. Сущность изобретения: в способе получения фотошаблонных заготовок, включающем механическую обработку стеклянных пластин с использованием полировального порошка на основе двуокиси церия и полировального полотна, выполненного из нетканого материала, состоящего из рабочего слоя и приклеечного, обработку в водных растворах органических кислот, обработку в нейтральной водной среде, нанесение маскирующего слоя и резиста, дополнительно между рабочим и приклеечным слоями полировального полотна формируют внутренний усиливающий слой при следующем соотношении толщин: приклеечный слой - усиливающий слой - рабочий слой 2,0-2,5:1:1,5-2,0. Способ позволяет повысить выход годных фотошаблонных заготовок улучшением структуры полировального полотна при полировании стеклянных пластин за счет формирования дополнительного усиливающего слоя между полирующим и приклеечным слоями. 1 табл.

Способ получения фотошаблонных заготовок, включающий механическую обработку стеклянных пластин с использованием полировального порошка на основе двуокиси церия и полировального полотна, выполненного из нетканого материала, состоящего из рабочего слоя и приклеечного, обработку в водных растворах органических кислот, обработку в нейтральной водной среде, нанесение маскирующего слоя и резиста, отличающийся тем, что дополнительно между рабочим и приклеечным слоями полировального полотна формируют внутренний усиливающий слой при следующем соотношении толщин: приклеечный слой - усиливающий слой - рабочий слой 2,0-2,5:1:1,5-2,0.